具有随机电气特性的电气部件的制作方法

本公开涉及电气部件领域。更具体地，本公开涉及用于提供随机电气特性的电气部件。

背景技术：

在形成集成电路的结构时使用定向自组装(DSA)技术是公知的。这些技术用于形成包括规则排列的平行线的掩膜。

技术实现要素：

本公开的至少一些示例实施例提供了一种电气部件，该电气部件的一部分具有与随机图案相对应的形状，以给予所述电气部件随机的电气特性。

本公开认识到，可以在定向自组装中产生的随机图案实际上可能不造成制造过程的失败，而是适合于生产具有随机电气特性的电气部件。具体地，图案在被形成时从统计上看在实例之间非常可能是独特的。此外，图案本身是可以控制电气特性但在操作期间不会改变的参数。这与电气部件的其它参数形成对比，其中，其他参数可以对电气特性施加一定程度的随机性，但是在操作期间会发生变化，例如诸如载流子移动性之类的参数，载流子移动性可能与温度相关，使得在操作期间电气特性不稳定。本技术能够生产具有随机电气特性并在操作期间维持该随机电气特性的电气部件。

本公开的至少一些另外的示例实施例提供了一种形成具有随机电气特性的电气部件的方法，包括以下步骤：用定向自组装形成电气部件的至少一部分，以具有与随机图案相对应的形状。

本公开的至少一些其它示例性实施例提供了一种电气部件，包括至少一个引导结构；以及具有由至少一个引导结构控制的形状的定向自组装部分，其中，至少一个引导结构具有一个或多个随机诱导特征，一个或多个随机性诱导特征的大小大于引导结构的制造公差的大小。

附图说明

现在将仅通过举例的方式参照附图描述示例性实施例，其中：

图1示意性地示出了使用DSA形成自对准的平行聚合物轨道；

图2示意性地示出了可以由DSA产生的示例随机图案；

图3示意性地示出了具有随机诱导特征的不同形式的引导结构，以诱导在所有方向上具有无序行为的定向自组装部分的形成；

图4示意性地示出了具有随机电阻的电阻器的形成；

图5示意性地示出了随机电容的横截面；

图6示意性地示出了随机电阻的横截面；

图7示意性地示出了具有由随机电阻控制的操作行为的物理不可克隆函数电路；

图8示意性地示出了具有由随机电容控制的振荡频率的N级环形振荡器；

图9示意性地示出了用于产生数字输出的电路，其中数字输出在电路的实例之间随机地为0或1；

图10示意性地示出了由相对电阻值控制的感测放大器；

图11示意性地示出了由相对电容值控制的感测放大器；以及

图12是示意性地示出具有随机电气特性的电气部件的生产的流程图，其中该随机电气特性取决于由定向自组装聚合物产生的随机图案。

具体实施方式

附图的图1示意性地示出了使用DSA在两个引导结构之间形成自对准平行聚合物轨道。期望产生紧密间隔的平行聚合物线的阵列，然后其可以用作图案/掩膜以制造诸如finFET之类的电路。用于形成图案的常见光学技术随着几何形状变小而陷入困境，因此通过使用DSA技术形成这种自对准平行聚合物轨道是有吸引力的选择。

图1所示的技术的一个难点是引导结构中的缺陷(例如未对准、粗糙/不均匀的边缘等)可能阻止所期望的自对准平行聚合物轨道的形成，并且反而可能产生诸如附图的图2中示出的那些随机图案。通常认为诸如图2所示的随机图案表示制造过程的失败，并且在进一步处理之前对这种掩膜进行光学识别并将其丢弃。

应理解的是，使用本技术的电气部件可以具有各种不同的形式。一个示例形式是电阻器，并且在这种情况下，随机电气特性是电阻器的电阻。电气部件的另一种可能是电容器，而在这种情况下，随机电气特性是电容器的电容。将进一步理解的是，可以形成具有根据随机图案变化的电阻和电容两者的电气部件。

在电阻器的情况下，用与随机图案相对应的形状(和具有通过定向自组装确定的特性的形状)形成的部分可以包括电触点之间的导体层。该导体层可以包括具有随机图案并由导电性较差的材料的轨道分隔的导电材料的轨道(例如，由绝缘体隔开的金属轨道)。定向自组装的图案可以用作确定将按其形成金属(或绝缘体)轨道的形状的掩膜。具有随机图案的轨道(例如，在电阻的情况下)可以形成到电阻、电阻体本身或两者的触点，以产生随机电阻值。

在电气部件是电容器的情况下，具有与随机图案相对应的形状的部分可以包括电容器电极之间的绝缘体层。在这种情况下，绝缘体层可以包括具有第一介电常数、随机图案、并由具有小于第一介电常数的第二介电常数的材料的轨道分隔的材料的轨道。具有不同介电常数的材料之间以及它们相对于电容器电极的布置之间的平衡将决定电容器的电容，并且给予该电容由通过定向自组装形成的图案决定的随机值。与电阻示例一样，附加地或可选地，还可以用随机图案形成电极以产生随机电容值。

应理解的是，形成的随机图案具有明显不同于自对准平行聚合物轨道的特性，其中自对准平行聚合物轨道是DSA技术的常规目标。与这种自对准平行聚合物轨道相反，本公开所利用的随机图案是具有主平面的2维图案，并且2维图案具有在主平面内的所有方向上测量到的基本无序行为。可以看出，自对准平行聚合物轨道具有在垂直于轨道的方向上测量到的基本恒定周期性的高度有序行为，并且没有在平行于轨道(即没有轨道交叉)的方向上测量到周期性(无限周期)。相反，从图2可以看出，当在所有方向上进行测量时，由DSA的一些结果生成的随机图案具有无序行为(例如在所有方向上测量到的周期性)。当图案边缘处的边界约束影响被去除时，随机图案的属性是它们可以具有在任意方向上测量到的均匀的周期性。

应理解的是，生产电气部件时的常规设计目标是它们应当在那些电气部件的不同实例之间具有适当限定的恒定电气特性。这是能够可靠地生产复杂电路所期望的。然而，本公开认识到电气部件的电气特性中的真实且稳定的随机性在某些电路中可以有显著的益处。这样的电路可以通过随机电气特性生成操作特性控制，并且因此产生可能难以实现的真随机(在实例之间)且仍然稳定的操作特性。这种使用的一个特定示例是提供物理不可克隆函数电路(其在诸如密码学之类的应用中可能是有益的)。

应理解的是，用于引导(安排/控制)定向自组装的引导结构可以具有各种不同的形式。在常见的DSA技术中，控制这种引导结构的制造公差以便以产生所期望的对准平行聚合物轨道的方式形成引导结构。根据其中随机图案是期望结果的本公开，引导结构可以形成为包括一个或多个随机诱导特征。这些随机引入特征可以做得很大(例如，其大小大于常规制造公差的大小)，以确保在定向自组装部分内诱导随机图案。

附图的图3示意性地示出了引导结构2的各种示例形式，其可以形成为产生在具有随机图案(例如，在所有方向上的无序行为)的引导结构2之间的定向自组装部分。这些示例性引导结构具有与图1所示的均匀平行引导结构明显不同的形状。图3的引导结构2的随机诱导特征与DSA聚合物层的物理特性相结合，用于确保随机图案的形成。该随机图案可以具有如图2所示的形式，其中聚合物形成之间具有间隙的轨道。随机图案中的这些轨道可以用作掩膜(或用于形成掩膜)，以用在后续处理步骤(例如，蚀刻或沉积)中。随机图形让人联想到指纹，并且统计上很可能因实例的不同而不同。

轨道内分支和合并的程度、轨道的长度、轨道宽度与轨道间隔的相对关系以及随机图案的其它特性可以根据DSA聚合物的属性(例如聚合物长度、聚合度、聚合物材料的物理特性)以及引导结构的特性而变化。通过改变在形成自组装部分时使用的这些参数，可以给予定向自组装部分一种图案，该图案可以导致随后形成的具有期望分布(例如，期望的平均值和分布宽度/形状)的电气部件的随机电气特性。

图4示意性地示出了具有随机电阻的电阻器的形成。基板4具有在其上形成的引导结构6。然后将定向自组装聚合物层引入到引导结构6之间并用于形成随机图案8。一旦形成，该随机图案是稳定的。随机图案形式示出了所制造的随机电阻器的不同实例之间的随机变化。用于形成这种定向自组装聚合物层的技术对于本技术领域的技术人员是熟悉的。

然后由定向自组装聚合物形成的随机图案被用于蚀刻和/或沉积更多的层，以便形成由绝缘体(其可以是各种非导电材料(包括空气)中的一种或多种)分隔的金属轨道的导体层10。然后形成电触点12，以使导体层与随机图案接触，以便产生具有随机电阻的电阻器。

图5示意性地示出了根据本公开形成为具有随机电容的电容器的横截面。电容器包括设置在电容器电极16之间的绝缘体层14。绝缘体层14由具有高介电常数的材料的轨道18和具有低介电常数的材料的轨道20形成。这两种不同形式的材料的平衡和形状及其相对于电容器电极16的位置控制所形成的电容器的电容值。该电容具有取决于定向自组装所生成的图案的随机值。可选地或附加地，还可以用随机图案形成电容器电极16，以产生随机电容值。

图6示意性地示出了具有随机电阻的电阻器的横截面。电阻器由金属轨道22形成，其中金属轨道22由绝缘材料24的轨道分隔开。电触点26为电阻器提供端子。电触点26之间的绝缘材料24和金属材料22的形状、布置和相对量决定了触点26之间的电阻值。因此，随机图案产生随机电阻值。

图7示意性地示出了可以利用具有随机电气特性的电气部件的配设的电路的示例。在该示例中，电路包括物理不可克隆函数电路28，其接收挑战输入并根据挑战输入生成响应输出。针对给定挑战输入的响应输出的形式由控制响应生成电路32的操作行为的对应随机电阻30的值控制。随机电阻30将具有在物理不可克隆函数电路28的不同实例之间准唯一的值，并且因此提供挑战输入和响应输出之间的映射，其中该映射也以在诸如密码学的领域中有用的方式准唯一。应理解的是，物理不可克隆函数电路28可以具有各种各样的不同形式。可能的是，可以由具有随机电容的电容器而非具有随机电阻的电阻器来控制物理不可克隆函数电路28的操作。也可以由具有随机电气特性的电阻器和电容器的组合来控制物理不可克隆函数电路28。

图8是具有由电气部件(在此种情况下是电容器)的电气特性控制的操作特性的另一电路的示例。示例电路是由奇数个反相级组成的环形振荡器34，其具有从最后的反相级到第一反相级的反馈。具有随机电容值的电容器36设置在每个反相级的输出处，并且用于使得由环形振荡器中的每个反相级引入随机延迟。因此，环形振荡器的振荡频率由电容器36的电容控制，电容器36本身由在其形成中使用的随机图案控制。随机图案在制造之后不再改变，因此环形振荡器34的振荡频率的随机变化将随着操作参数(例如温度、工作电压、湿度等)的变化显现出良好的稳定性。

图9示意性地示出了利用具有随机电气特性的电气部件的另一示例电路。在这种情况下，电路以在电路的实例之间随机的方式生成“0”或“1”值，但该值对于电路的给定实例而言是恒定的。电路通过建立用于传播接收脉冲38的竞争条件来运行，其中接收脉冲38通过两个反相器40和相应的RC电路被传递到放大器42。两个RC电路的时间常量由利用如前所述的随机图案形成的电气部件的随机电阻和电容值控制。根据不同路径的两个时间常量的相对值，其中一个路径将比另一路径快。两个路径中的较快路径的输出首先到达放大器42，并且因此将来自该放大器的输出驱动为高或低，然后该输出被存储在锁存器44内。

图10示意性地示出了具有由电气部件的随机电气特性控制的操作特性的电路的另一示例。在这种情况下，电路包括由两个电阻48的相对值控制的感测放大器46。可以使用如前所述的随机图案形成这些电阻。根据电阻48中哪个电阻具有较高或较低的阻值，来自感测放大器的输出对于感测放大器电路46的给定实例而言将一致地为高或低。如本领域的技术人员所理解的，感测放大器非常适合以快速和可靠的方式拾取和放大电参数之间的细微差异。因此，可以可靠地感测电阻48的电阻值中相对小的差异，并且将其用于针对感测放大器46的给定实例而言将感测放大器的输出控制为恒定值。

图11示意性地示出了具有由随机电气特性控制的操作特性的电路的另一示例。在这种情况下，具有随机电气特性的电气部件是设置在感测放大器的每一侧的电容器52。当利用感测放大器的使能信号SA_EN被使能时，电容器52的相对电容值决定感测放大器将产生高输出还是低输出。

由于图10的电阻器48的电阻和图11的电容器52的电容主要由在制造期间使用并且在制造之后不变的随机图案控制，所以电阻48的电阻值间和电容器52的电容之间的差异将相对稳定。因此，可依赖图10和11的电路继续由电阻48的相对值或电容52的相对值沿相同方向引导，而不管例如温度、工作电压、湿度或其他参数的变化。

图12是示意性地示出电气部件的形成的流程图。在步骤54处，在包括随机诱导特征(例如，弯曲部分、非均匀间隔、Z字形或如图3所示的其它特征)的基板上形成引导结构。在步骤56处，将定向自组装聚合物应用于引导结构之间并形成随机图案，如图2所示。在步骤58处，在步骤56处形成的随机图案用于控制进一步的制造步骤(例如，蚀刻/沉积)，以形成具有随机电气特性的电气部件。

虽然本文已参照附图详细描述了本发明的说明性实施例，但是应理解的是，本发明不限于这些精确的实施例，并且本领域技术人员可以对其进行各种改变、添加和修改，而不背离由所附权利要求限定的本发明的范围和精神。例如，可以将独立权利要求的特征与从属权利要求的特征进行各种组合，而不背离本发明的范围。